一种生物强化活性污泥处理赤泥渗滤液的方法与流程

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种采用生物强化技术与sbr活性污泥法的组合工艺处理赤泥渗滤液的方法。

背景技术：

采用拜耳法、烧结法或联合法对铝矿石进行冶炼生产氧化铝的过程中会产生强碱性的半固态粉泥状废渣。该废渣富含三价铁离子而呈现红色外观，故称之为赤泥。到2018年底全球赤泥堆存量已接近40亿吨。我国是氧化铝产业大国，每年产生赤泥0.6亿吨左右，全国赤泥堆存量目前已超过4亿吨。

赤泥堆存方式主要分为湿式堆存、干式堆存和海洋堆存，我国主要采用前两种堆存方式。湿式堆存是将赤泥泥浆通过管道泵入人工建造的筑坝塘体或天然洼地进行储存，干式堆存是先将赤泥脱水增稠至膏状再运送至堆场层状铺设。由于赤泥具有腐蚀性、盐碱性、放射性、重金属毒性等不良特性，在堆存时会对周边环境带来潜在的环境风险。

赤泥的湿式堆存和干式堆存都会产生碱度极高的渗滤液，该废液不能直接排入周边地表或地下水体。目前氧化铝厂将赤泥渗滤液收集后回收利用，或重新泵入堆场顶部待其自然蒸发。但若遭遇极端雨雪等天气，赤泥渗滤液的数量激增，会给赤泥堆场周边区域带来极高的环境风险。因此需对赤泥渗滤液进行有效处理，降低赤泥渗滤液的碱度及毒性离子浓度，使其达标排放，彻底消除赤泥渗滤液的污染风险。

赤泥渗滤液属于工业废水，应执行中华人民共和国《污水综合排放标准(gb8978-1996)》。与《污水综合排放标准(gb8978-1996)》中的表4第二类污染物最高允许排放浓度一级标准进行比对，赤泥渗滤液的ph值和氟离子超标，总砷、ss和色度可能超标。《污水综合排放标准(gb8978-1996)》中ph值为6～9，氟离子浓度为10mg/l，总砷为0.5mg/l，ss为70mg/l，色度为50，

采用无机酸或有机酸中和法处理赤泥渗滤液时，因赤泥渗滤液碱性极高，ph值普遍超过12.0，会消耗大量无机酸或有机酸，成本难以控制，且酸中和法无法有效去除赤泥中的毒性离子。采用产酸真菌等纯菌株处理赤泥渗滤液时，中和赤泥渗滤所需的菌体培养液的比例过高，难以大规模工业化推广应用，且菌体培养液中碳氮源等有机营养物质浓度控制不佳会导致赤泥渗滤液的cod、bod、氮素等指标超出废水排放标准。采用曝气中和法处理赤泥渗滤液时，碳酸化中和过程耗时较长，风机耗电成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述现有方法和技术的不足，采用生物强化技术与间歇式活性污泥法(sbr)的组合工艺处理赤泥渗滤液，该方法具有耗时短、效率高、成本低廉、易工业化应用的优点，经此方法处理后赤泥渗滤液可满足《污水综合排放标准(gb8978-1996)》中的一级标准达标排放。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种生物强化活性污泥处理赤泥渗滤液的方法，采用具有曝气、搅拌、进水、排水、排泥功能的sbr反应器处理赤泥渗滤液，sbr反应器预运行时每个周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段，使sbr反应器预运行直到整个活性污泥系统稳定，稳定运行的参数特征为：能够保持连续10个周期或连续10个以上周期系统内mlvss浓度在3000～5000mg/l，出水cod小于100mg/l；

sbr活性污泥系统进入稳定状态后开始通过sbr系统处理赤泥渗滤液，sbr处理赤泥渗滤液时每个周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段，sbr整个运行周期的温度为25℃～35℃，曝气阶段溶解氧为2.0～2.5mg/l；在sbr运行第一个周期的第一个阶段即进水阶段将高效菌剂和赤泥渗滤液同时加入sbr反应器内，并在赤泥渗滤液中添加速效碳源控制进水cod为200-400mg/l，同时在赤泥渗滤液中投加牛肉膏和蛋白胨补充氮源，牛肉膏和蛋白胨的投加量均为赤泥渗滤液质量的0.003％～0.005％；所述的高效菌剂是指液体菌剂或者固体菌剂，其中，液体菌剂投加量为sbr反应器中赤泥渗滤液总体积的0.1％～0.5％；固体菌剂投加量为sbr反应器中活性污泥mlvss的2～3％；该液体菌剂和固体菌剂中均同时包含黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母三种菌体；

sbr运行时在曝气过程中监测赤泥渗滤液ph值，当ph值为6.0～9.0时迅速关闭曝气装置，sbr随即由曝气阶段进入沉淀阶段，赤泥渗滤液沉淀完之后进入排水阶段，排水之后进入闲置阶段，闲置阶段之后进入下一个sbr运行周期，下一个sbr运行周期进水阶段不再添加高效菌剂；

若sbr运行中曝气阶段时间超过48h而赤泥渗滤液ph值无法降至9.0以下，则在sbr反应器中按照前述比例投加液体菌剂或固体菌剂。sbr在运行时可省略闲置阶段。

进一步地，sbr系统进水和排水的时间均小于30min，曝气阶段的时间为使赤泥渗滤液ph值降至6.0～9.0的sbr反应器运行时间，沉淀阶段的时间为30～120min，闲置阶段的时间小于240min。

进一步地，液体菌剂、固体菌剂按照以下方法制备：

将黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母的孢子或菌丝分别在活化培养基中培养5～7d，培养温度为25～35℃；活化培养基的组成为：蔗糖50～200g/l，nano30.1～1.0g/l，kh2po40.1～1.0g/l，酵母膏1.0～3.0g/l，蛋白胨1.0～3.0g/l，溶剂为去离子水或蒸馏水，在接种前对活化培养基进行灭菌处理；

液体菌剂的制备：将培养好菌体的三种活化培养基分别用灭菌后的三层纱布过滤，去除粗渣，得到纯菌菌液，将黑曲霉、黄曲霉和热带假丝酵母的纯菌菌液以5～10:2～3:1～2的比例混合均匀，制得液体菌剂；

固体菌剂的制备：将培养好菌体的三种活化培养基去除上清液，保留菌体并将菌体粉碎，在粉碎后的菌体中加入保存液并将保存液与粉碎后的菌体混合均匀，于-60℃冷冻1～2h，然后在-10℃～0℃、120pa干燥直至水分完全去除、菌体重量不变，制得固体菌剂，将冻干后呈粉末状的固体菌剂放置在2℃～5℃备用。

进一步地，制备固体菌剂时所述保存液的投加比例为菌体质量的45％～55％，该保存液是将海藻糖、甘油、甘露醇、葡萄糖、酪蛋白加入去离子水中混合均匀，保存液中各成分所占的重量分数为：海藻糖40％，甘油10％，甘露醇5％，葡萄糖20％，酪蛋白10％；所得保存液使用前在120℃以上灭菌15min。

进一步地，进水阶段赤泥渗滤液中添加的速效碳源为葡萄糖或蔗糖。

进一步地，当sbr反应器内活性污泥svi大于300或曝气阶段的时间超过48h而赤泥渗滤液cod无法降至100mg/l以内时，在闲置阶段排泥，排泥量为活性污泥总体积的20％～50％，排泥后加入等体积的新鲜活性污泥。

进一步地，当mlvss值大于5000mg/l时，在闲置阶段排泥，排泥量为使sbr反应器内活性污泥的mlvss值为3000～5000mg/l，不再添加新鲜活性污泥。

借由上述技术方案，本发明的优点和有益效果在于：

本发明采用真菌生物菌剂生物强化sbr活性污泥系统对赤泥渗滤液进行处理。该方法能够避免采用纯活性污泥法时由于赤泥渗滤液碱度过高致使活性污泥易于膨胀及失活的问题，能避免采用纯真菌处理时赤泥渗滤液的cod、bod和氮素超标问题，同时该方法与化学酸中和法相比环境风险低，与曝气碳酸化中和法相比处理时间短、效率高。在生物菌剂和活性污泥构成的生物强化sbr系统中，活性污泥的菌胶团可以保护真菌菌体的正常新陈代谢活动，同时活性污泥可降解真菌分泌的有机性还原物质，使赤泥渗滤液内的cod和bod有效降低。而真菌分泌的有机酸可以降低赤泥渗滤液的ph值，保护活性污泥的生物活性，同时真菌菌丝有助于活性污泥在碱性条件下形成稳定的絮凝体。真菌菌体和活性污泥混合系统对赤泥渗滤液中的氟离子、砷离子、ss和色度有较好的吸附和去除效果。通过本发明方法处理赤泥渗滤液，出水能够满足《污水综合排放标准》gb8978-1996中的一级标准。

附图说明

图1是生物菌剂强化前后活性污泥的真菌群落结构。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，特结合较佳实施例，对本发明详细的技术方案说明如下：

一、制备高效菌剂

将黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母的孢子或菌丝分别在活化培养基中培养5～7d，培养温度为25～35℃；黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母通过购买或自行筛选得到。活化培养基组成(g/l)：蔗糖50～200，nano30.1～1.0，kh2po40.1～1.0，酵母膏1.0～3.0，蛋白胨1.0～3.0，溶剂为去离子水或蒸馏水。在接种前需对活化培养基进行灭菌处理。

(1)液体菌剂的制备

将培养好菌体的活化培养基用灭菌后的三层纱布过滤，去除粗渣，即为纯菌菌液。黑曲霉、黄曲霉和热带假丝酵母的纯菌菌液以5～10:2～3:1～2的比例混合均匀，制得液体菌剂。该菌剂需在制成后的48h内使用，否则会影响生物强化性能。

(2)固体菌剂的制备：

将培养好菌体的活化培养基去除上清液，保留菌体。去除上清液可采用真空抽滤，也可在高速离心机上5000r/min以上离心后倒掉上清液。将菌体粉碎，在粉碎后的菌丝体中加入保存液，将保存液与粉碎后的菌体混合均匀。保存液的投加比例为菌体质量的45％～55％。保存液的成分按照重量百分含量包括：海藻糖40％，甘油10％，甘露醇5％，葡萄糖20％，酪蛋白10％，溶剂为去离子水。保存液使用前需在120℃以上灭菌15min。

将加入保存液的菌体在冷冻干燥机中-60℃冷冻1～2h，然后在-10℃～0℃、120pa干燥直至水分完全去除、菌体重量不变。将冻干后呈粉末状的固体菌剂放置在2℃～5℃备用。

二、高效菌剂生物强化sbr活性污泥系统处理赤泥渗滤液

(1)sbr预运行

采用具有曝气、搅拌、进水、排水、排泥功能的sbr反应器处理赤泥渗滤液。sbr预运行时每个周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段。sbr反应器中的活性污泥可以取自污水处理厂或处理站的生化池、污泥浓缩池或均质池，也可以自行培养。sbr预运行时进水可以为生活污水或配制的模拟废水。模拟废水组成：葡萄糖400～600mg/l，氯化铵10～20mg/l，蛋白胨10～20mg/l，磷酸氢二钾5～10mg/l，氯化钙5～10mg/l，硫酸镁5～10mg/l，碳酸氢钠10～20mg/l，溶剂为去离子水。

sbr预运行直到整个活性污泥系统稳定，稳定运行的参数特征为：能够保持连续10个周期或连续10个以上周期系统内mlvss浓度在3000～5000mg/l，出水cod小于100mg/l。

(2)sbr处理赤泥渗滤液

sbr活性污泥系统预运行稳定后，将赤泥渗滤液泵入sbr反应器开始处理，高效菌剂需和赤泥渗滤液同时加入sbr反应器。

sbr系统处理赤泥渗滤液时每个周期包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置五个阶段。sbr整个运行周期的温度为25℃～35℃，曝气阶段溶解氧为2.0～2.5mg/l。进水阶段和排水阶段的时间小于30min；曝气阶段的时间为使赤泥渗滤液ph值降至6.0～9.0的sbr反应器运行时间，在曝气过程中监测赤泥渗滤液ph值，当ph值为6.0～9.0时迅速关闭曝气装置，sbr随即由曝气阶段进入沉淀阶段。沉淀阶段的时间为30～120min；闲置阶段的时间为小于240min。sbr在运行时可省略闲置阶段。

在sbr运行第一个周期的第一个阶段即进水阶段引入赤泥渗滤液，同时加入高效菌剂，高效菌剂投加量：(1)液体菌剂投加量为sbr中赤泥渗滤液总体积的0.1％～0.5％；(2)固体菌剂投加量为sbr中活性污泥mlvss的2～3％。每周期进水的同时都需在赤泥渗滤液中添加葡萄糖或蔗糖等速效碳源控制进水cod为200～400mg/l，并通过投加牛肉膏和蛋白胨补充氮源，二者投加量均为赤泥渗滤液质量的0.003％～0.005％。在曝气过程中监测赤泥渗滤液ph值，当ph值为6.0～9.0时迅速关闭曝气装置，sbr随即由曝气阶段进入沉淀阶段。赤泥渗滤液沉淀完之后进入排水阶段，排水之后进入闲置阶段，闲置阶段之后进入下一个sbr运行周期，下一个sbr运行周期进水阶段不再添加高效菌剂。但是当曝气阶段的时间超过48h而赤泥渗滤液ph值无法降至9.0以内时，应在sbr反应器中投加液体菌剂或固体菌剂，液体菌剂投加量为sbr中赤泥渗滤液总体积的0.1％～0.5％；固体菌剂投加量为sbr中活性污泥mlvss的2～3％。

当sbr内活性污泥svi(污泥体积指数)大于300时，或曝气阶段的时间超过48h而赤泥渗滤液cod无法降至100mg/l以内时，在闲置阶段排泥，排泥量为活性污泥总体积的20％～50％，排泥后加入等体积的新鲜活性污泥。

当mlvss大于5000mg/l时，在闲置阶段排泥，排泥量为使sbr内活性污泥mlvss为3000～5000mg/l，不再添加新鲜活性污泥。

进一步，sbr反应器若为混凝土结构，需则采用三布五油做防腐处理。

实施例1：

将黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母的孢子分别接入装有活化培养基中的三角瓶中，三角瓶放入恒温摇床在30℃培养5d。培养基组成为(g/l)：蔗糖100，nano30.5，kh2po40.5，酵母膏2.0，蛋白胨2.0，溶剂为去离子水。活化培养基在接菌前在高压灭菌锅中121℃、0.12mpa灭菌30min。将培养好菌体的三种活化培养基用高压灭菌后的三层纱布过滤，去除粗渣，得纯菌菌液。分别将黑曲霉、黄曲霉和热带假丝酵母的纯菌菌液以8:2:1的比例在灭菌后的三角瓶中混合均匀，制得液体菌剂，然后加入已稳定运行的sbr反应器中。

sbr为有机玻璃材质，有效容积12l。sbr内活性污泥采自校园中水站mbr曝气池。sbr预运行的进水为模拟废水。sbr预运行时各周期时长：进水5min、曝气10h、沉淀1h、排水5min和闲置50min。

调试sbr活性污泥系统进入稳定状态后，将赤泥渗滤液泵入sbr中，同时添加30ml液体菌剂，每周期进排水为10l，进水同时添加葡萄糖使进水cod维持在250～350mg/l左右。每批次重新进水后添加0.3g蛋白胨和0.3g牛肉膏补充氮源。控制sbr运行参数：sbr整个运行周期水温为30℃，曝气阶段溶解氧为2.2mg/l。sbr进水、沉淀、排水和闲置阶段的时间分别为5min、1h、5min和2h。在曝气过程中监测赤泥渗滤液ph值，当ph值为8.5～9.0时迅速关闭曝气装置，sbr随即由曝气阶段进入沉淀阶段。在sbr反应器运行的第10个周期测定赤泥渗滤液的进出水指标(该周期曝气阶段时长为13h，mlvss为3266mg/l)：进水指标ph值为11.3，cod为310.7mg/l，氨氮为24.2mg/l，氟化物为19.0mg/l，总砷为0.6mg/l；出水指标ph值为8.9，cod为89.4mg/l，氨氮为13.1mg/l，氟化物为7.6mg/l，总砷为0.1mg/l。

采用高通量测序技术测定了sbr内活性污泥在未添加生物菌剂前系统稳定运行时和添加生物菌剂后第10周期时的真菌群落结构，如图1所示，添加生物菌剂之前活性污泥中的真菌主要为担子菌门basidiomycota，相对丰度为91.4％，其次是子囊菌门ascomycota，相对丰度为7.4％。添加生物菌剂后，活性污泥中真菌群落结构发生明显变化，子囊菌门ascomycota相对丰度剧烈增加至76.0％，而担子菌门basidiomycota相对丰度降至16.4％。生物菌剂中的三株真菌黑曲霉、黄曲霉和热带假丝酵母都属于子囊菌门ascomycota，说明三株菌的协同效应改变了原活性污泥的群落结构，使同一门的真菌数量增加，并压缩了原活性污泥中主要菌群担子菌门basidiomycota的生态位。高通量分析数据同时表明黑曲霉属的相对丰度由原活性污泥的0.1％增至生物强化后的1.9％，表明生物菌剂中的黑曲霉在活性污泥中成功存活，且其数量得到了明显提升，这有利于增强整个活性污泥系统的产酸代谢功能。

实施例2：

将黑曲霉、黄曲霉、热带假丝酵母的孢子分别接入装有活化培养基中的三角瓶中，三角瓶放入恒温摇床在30℃培养5d。培养基组成为(g/l)：蔗糖100，nano30.5，kh2po40.5，酵母膏2.0，蛋白胨2.0，溶剂为去离子水。活化培养基在接菌前在高压灭菌锅中121℃、0.12mpa灭菌30min。将培养好菌体的三种活化培养基去除上清液，保留菌体。将菌体粉碎，在粉碎后的菌丝体中加入已灭菌的保存液，将保存液与粉碎后的菌体混合均匀。保存液的投加比例为菌体质量的50％。

将加入保存液的菌体在冷冻干燥机中于-60℃冷冻1h，然后在-8℃、120pa干燥直至水分完全去除、菌体重量不变。将冻干后呈粉末状的固体菌剂加入已稳定运行的sbr反应器中。

sbr为有机玻璃材质，有效容积12l。sbr内活性污泥采自校园中水站mbr曝气池。sbr预运行的进水为模拟废水。sbr预运行时各周期时长：进水5min、曝气10h、沉淀1h、排水5min和闲置50min。

调试sbr活性污泥系统进入稳定状态后，将赤泥渗滤液泵入sbr中，同时添加0.88g固体菌剂，每周期进排水为10l，进水同时添加葡萄糖使进水cod维持在250～350mg/l左右。每批次重新进水后添加0.3g蛋白胨和0.3g牛肉膏补充氮源。控制sbr运行参数：sbr整个运行周期水温为30℃，曝气阶段溶解氧为2.2mg/l。sbr进水、沉淀、排水和闲置阶段的时间分别为5min、1h、5min和2h。在曝气过程中监测赤泥渗滤液ph值，当ph值为8.5～9.0时迅速关闭曝气装置，sbr随即由曝气阶段进入沉淀阶段。在sbr反应器运行的第10个周期测定赤泥渗滤液的进出水指标(该周期曝气阶段时长为11h，mlvss为3540mg/l)：进水指标ph值为11.2，cod为302.4mg/l，氨氮为22.8mg/l，氟化物为19.7mg/l，总砷为0.7mg/l；出水指标ph值为8.8，cod为91.5mg/l，氨氮为11.6mg/l，氟化物为8.0mg/l，总砷为0.1mg/l。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，利用上述技术内容做出些许更动或修饰的实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内。